(57)【要約】【課題】  制御電源の異常等が発生しても、制御の連続性を維持することができる発電所水車の調速装置を提供する。【解決手段】  水車の回転速度又は出力を制御するための電気信号を出力するガバナ電気系装置を二重化構成とし、二重化されたガバナ電気系装置２００Ａ，２０１Ａから制御器１３１に対して電気信号２５，２６を出力し、制御器１３１は電気信号２５，２６の和に比例する和動的な機械的変位を生成し、差動ピストン部３２において制御器１３１により変換された機械的な変位を増幅し、主配圧弁３３において増幅された機械的な変位に応じて、油圧サーボモータ３４に圧油を供給又は排出し、油圧サーボモータ３４は圧油の供給又は排出に応じて、水車のガイドベーンを開閉するようにした。【選択図】  図４
2005061346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車の回転速度又は出力を制御するための電気信号を出力するガバナ電気系装置と、上記ガバナ電気系装置からの電気信号を機械的な変位に変換する制御器と、上記制御器にて変換された機械的な変位を増幅する差動ピストン部と、上記差動ピストン部にて増幅された機械的な変位に応じて、油圧サーボモータに対して圧油を供給又は排出する主配圧弁と、上記主配圧弁からの圧油の供給又は排出に応じて、水車のガイドベーンを開閉する油圧サーボモータを備えた水車用調速装置において、
上記ガバナ電気系装置を複数個設置し、これら複数個のガバナ電気系装置から上記制御器に対して電気信号を入力し、上記制御器はこれらの電気信号の和に比例する和動的な機械的変位を生成することを特徴とする水車用調速装置。
【請求項２】
上記制御器は、上記ガバナ電気系装置と対応する複数個の可動操作コイルを所定磁場に配置し、これら可動操作コイルに対して上記ガバナ電気系装置からそれぞれ電気信号を入力し、上記制御器は、これら可動コイルに流れる電気信号により発生する電磁力に基づき、和動的な機械的変位を生成することを特徴とする請求項１に記載の水車用調速装置。
【請求項３】
上記複数個のガバナ電気系装置の間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ラインを設置し、それぞれのガバナ電気系装置の出力する電気信号の分担を任意の比率で可変とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水車用調速装置。
【請求項４】
水車の回転速度又は出力を制御するための電気信号を出力するガバナ電気系装置と、上記ガバナ電気系装置からの電気信号を機械的な変位に変換する制御器と、上記制御器にて変換された機械的な変位を増幅する差動ピストン部と、上記差動ピストン部にて増幅された機械的な変位に応じて、油圧サーボモータに対して圧油を供給又は排出する主配圧弁と、上記主配圧弁からの圧油の供給又は排出に応じて、水車のガイドベーンを開閉する油圧サーボモータを備えた水車用調速装置において、
上記ガバナ電気系装置、上記制御器、並びに上記差動ピストン部をそれぞれ二重化し、上記ガバナ電気系装置から上記制御器に対してそれぞれ電気信号を入力し、上記制御器は上記電気信号をそれぞれ機械的変位に変換し、上記差動ピストン部は上記機械的な変位をそれぞれ増幅し、上記差動ピストン部で増幅されたそれぞれの機械的変位を、上記主配圧弁に対して和動的に作用させたことを特徴とする水車用調速装置。
【請求項５】
上記制御器は、上記ガバナ電気系装置と対応する可動操作コイルを所定磁場に配置し、これら可動操作コイルに対して上記ガバナ電気系装置からそれぞれ電気信号を入力し、上記制御器は、これら可動コイルに流れる電気信号により発生する電磁力に基づき機械的変位を生成することを特徴とする請求項１に記載の水車用調速装置。
【請求項６】
上記二重化したガバナ電気系装置の間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ラインを設置し、それぞれのガバナ電気系装置の出力する電気信号の分担を任意の比率で可変とすることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の水車用調速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水力発電所に設置される水車またはポンプ水車（当明細書では「水車」と代表記載する）の回転速度または出力の制御を行う調速装置（ガバナ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電所に設置される水車の回転速度又は出力の制御を行う調速装置として、例えば特許文献１に示されるものがあった。そこでは、ガバナ機械部は、制御器、差動ピストン部、主配圧弁及び油圧サーボモータを有している。制御器は信号増幅器から入力された電気信号を機械的な変位に変換し、この変位を差動ピストン部のパイロット弁に入力する。差動ピストン部は、パイロット弁に入力された変位を増幅して、主配圧弁のパイロット弁に入力する。主配圧弁の弁体は、主配圧弁のパイロット弁の変位に応じて変位し、この弁体の変位の位置に応じて、油圧サーボモータの開側油室に圧油を供給すると共に油圧サーボモータの閉側油室から圧油を排出する状態と、開側油室から圧油を排出すると共に閉側油室に圧油を供給する状態とが切替えられるように構成されている。（下記の特許文献１参照）
【０００３】
上記調速装置において、電源断等の制御電源の異常が発生すると、電気信号を生成するガバナ電気部や電気−機械変換部の箇所で作動停止する。
【０００４】
一方、これを回避する目的で電気制御部の２重化が考えられる。その例として、例えば特許文献２に示される技術があった。そこでは、発電所の機器を制御する複数のシーケンスコントローラと、各信号を入出力する複数のアナログ・デジタル入出力装置と、励磁制御装置等と、調速機制御装置等と、テレコン装置とデータの伝送するテレコンインターフェースとがＬＡＮネットワークシステムを構築する。複数のシーケンスコントローラの制御機能には、シーケンスコントローラが故障したとき、他の正常のシーケンスコントローラが代行してバックアップするプログラムを設けて、いずれが故障してもＬＡＮネットワークを介して残りのシーケンスコントローラで運転継続する。すなわち、一つの電気制御部が電源異常等で使用できなくても、他の電気制御部が代行するようにする。（下記の特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０７９４４号公報（要約、図１）
【特許文献２】特開平０９−３０５２０６号公報（要約、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１のような発電機水車の調速装置において、上記特許文献２のような電気制御部の多重化を適用するだけでは、電気−機械変換部において、制御の不連続性が発生し、発電機出力の大幅変動、ひいては系統の撹乱を生じる可能性があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、制御電源の異常等が発生しても、制御の連続性を維持することができる発電所水車の調速装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による水車用調速装置は、水車の回転速度又は出力を制御するための電気信号を出力するガバナ電気系装置と、ガバナ電気系装置からの電気信号を機械的な変位に変換する制御器と、制御器にて変換された機械的な変位を増幅する差動ピストン部と、差動ピストン部にて増幅された機械的な変位に応じて、油圧サーボモータに対して圧油を供給又は排出する主配圧弁と、主配圧弁からの圧油の供給又は排出に応じて、水車のガイドベーンを開閉する油圧サーボモータを備えた水車用調速装置において、ガバナ電気系装置を複数個、例えば２系統設置し、これら複数個のガバナ電気系装置から制御器に対して電気信号を入力し、制御器はこれらの電気信号の和に比例する和動的な機械的変位を生成することを特徴とする。また、複数個のガバナ電気系装置の間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ラインを設置し、それぞれのガバナ電気系装置の出力する電気信号の分担を任意の比率で可変とする。
【０００９】
また、この発明による水車用調速装置は、水車の回転速度又は出力を制御するための電気信号を出力するガバナ電気系装置と、ガバナ電気系装置からの電気信号を機械的な変位に変換する制御器と、制御器にて変換された機械的な変位を増幅する差動ピストン部と、差動ピストン部にて増幅された機械的な変位に応じて、油圧サーボモータに対して圧油を供給又は排出する主配圧弁と、主配圧弁からの圧油の供給又は排出に応じて、水車のガイドベーンを開閉する油圧サーボモータを備えた水車用調速装置において、ガバナ電気系装置、制御器、並びに差動ピストン部をそれぞれ二重化し、ガバナ電気系装置から制御器に対してそれぞれ電気信号を入力し、制御器は電気信号をそれぞれ機械的変位に変換し、差動ピストン部は機械的な変位をそれぞれ増幅し、差動ピストン部で増幅されたそれぞれの機械的変位を、主配圧弁に対して和動的に作用させたことを特徴とする。また、二重化したガバナ電気系装置の間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ラインを設置し、それぞれのガバナ電気系装置の出力する電気信号の分担を任意の比率で可変とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、この発明によれば、ガバナ電気系装置を複数個設置し、これら複数個のガバナ電気系装置からガバナ機械系装置に対して電気信号を入力し、ガバナ機械系装置はこれらの電気信号の和に比例する和動的な機械的変位を生成するようにしたので、片系のガバナ電気系装置の単一故障によって、調速装置が運転続行不可能の事態には陥いることがなく、切換回路も存在しないので、切換動作時の過渡的変動（制御指令電流が一旦ゼロに復帰すること等）による弊害も防止される。また、複数個のガバナ電気系装置の間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ラインを設置し、各制御指令分担を可変とするようにしたので、制御指令出力分担を適正に設定・調整することにより、多重化されたガバナ電気系装置のうちのいずれかの分担比率を下げて、運転中に切換操作を不要としながら、いずれかの電気系装置を停止させて保守作業に移行することが可能となり、保守性・操作性の向上に寄与可能となる。
【００１１】
また、この発明によれば、ガバナ電気系装置、上記制御器、並びに上記差動ピストン部をそれぞれ二重化し、ガバナ電気系装置の制御指令出力を制御器に印加し、制御器と差動ピストンにより決定される機械的変位を、主配圧弁に対して和動的に作用するように構成したので、片系のガバナ電気系装置の単一故障によって、調速装置が運転続行不可能の事態には陥いることがなく、切換回路も存在しないので、切換動作時の過渡的変動（制御指令電流が一旦ゼロに復帰すること等）による弊害も防止される。また、二重化されたガバナ電気系装置の間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ラインを設置し、各制御指令分担を可変とするようにしたので、制御指令出力分担を適正に設定・調整することにより、二重化されたガバナ電気系装置のうちのいずれかの分担比率を下げて、運転中に切換操作を不要としながら、いずれかの電気系装置を停止させて保守作業に移行することが可能となり、保守性・操作性の向上に寄与可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
発明の前提技術．
図１はこの発明の前提技術となる水車用調速装置を含む水力発電所の概念図を示したものである。図において、水力発電所１は、上ダム２、上流側水圧鉄管７及び８、入口弁９、水車（水車又はポンプ水車）５、発電機または発電電動機６（当明細書では「発電機」と代表記載する）、ドラフト（吸出し管）１３、下流側鉄管１４、下ダム３等から構成される。また、水車５には、水車ランナ１２と、水車ランナ１２を通過する水量を調節する水口調節機構であるガイドベーン１１が設置されている。
【００１３】
図１の水力発電所１において、上ダム２から上流側水圧鉄管７を通って導かれた水は水圧鉄管８により一気に下降し、入口弁９を通って水車５に入る。水圧鉄管８から送られる高圧の水は、ケーシングを通ってガイドベーン１１に導かれ、水車ランナ１２を回転駆動する。水車ランナ１２は発電機６に接続されており、水車ランナ１２の回転が発電機６に伝わることにより、発電が行われる。水車ランナ１２を回転駆動してエネルギを失った水は、吸出し管１３により減速され、下流側鉄管１４を通って下ダム３に放流される。発電機６には、信号発電機（図示せず）を介して、周波数検出器１６が接続されている。この周波数検出器１６は水車ランナ１２（水車５）の回転速度を検出している。周波数検出器１６にて検出された水車ランナ１２の回転速度は、電気信号である回転信号１６ａに変換されて調速装置２０に送られる。
【００１４】
発電機６を駆動する水車５の調速制御は、調速装置２０のサーボモータ３４（後述）の開閉動作に基づき、ガイドリング３８を介してガイドベーン１１の実開度が設定され、それにより水車ランナ１２を通過する水量が調節され、その結果、当該水車５の回転速度または出力トルクが制御される。この調速装置（ガバナ）２０は、図１に示すように、ガバナ電気系装置２０Ａとガバナ機械系装置２０Ｂとにより構成されている。
【００１５】
ガバナ電気系装置２０Ａは、中央給電所、制御所、配電盤等からの自動制御機能、または運転員操作、発電機電力変動等における周波数又は出力の増／減指令４を受け、また、フィードバック（帰還）信号である周波数信号値（回転信号１６ａ）と、後述する油圧サーボモータ３４の変位信号４１ａを入力し、所定の演算を施すことにより、制御指令信号２５をガバナ機械系装置２０Ｂに送出する。ここで、制御指令信号２５は、ガバナ機械装置２０Ｂに流す電流信号であって、その電流の方向でガイドベーン１１の開閉の方向を、その電流の絶対値でガイドベーン１１の開閉速度に対応する信号量を表わす。
【００１６】
ガバナ電気系装置２０Ａの諸機能は、演算増幅器によるアナログ回路、又はマイクロプロセッサ等のソフトウエアにより実現される。図２はガバナ電気系装置をマイクロプロセッサ等により構成した例を示したものである。図２において、中央演算処理部ＣＰＵに、デジタル入力部ＤＩ、パルス信号入力部ＰＩ、アナログ信号入力部ＡＩ、デジタル出力部ＤＯ、アナログ出力部ＡＯが接続されている。外部からの周波数又は出力の増減指令４はデジタル入力部ＤＩに入力され、周波数検出器１６により検出される水車ランナ１２の回転信号（パルス信号）１６ａはパルス信号入力部ＰＩに入力される。位置検出器４１により検出される油圧サーボモータ３４の変位信号４１ａは、変換器２２０で電気信号に変換されてアナログ入力部ＡＩに入力される。中央演算処理部ＣＰＵにより演算された結果は、アナログ出力部ＡＯ及び増幅器２３０を介して、制御指令信号２５としてガバナ機械系装置２０Ｂに送出する。
【００１７】
上記ガバナ電気系装置２０Ａによる代表的な制御（中央演算処理部ＣＰＵによる代表的な演算）について、以下に簡略に説明する。
【００１８】
（１）外部から出力増減指令が与えられる場合
通常、発電機６が系統に並列されている場合は、水車ランナ１２の回転速度は系統周波数により定まりほぼ一定である。この場合に、外部から出力増減指令４が与えられると、ガバナ電気系装置２０Ａは当該指令４に基づいて、ガイドベーン１１の開閉いずれかの方向とその開閉速度に対応する信号量を表わす制御指令信号２５を出力する。その効果として、油圧サーボモータ３４の変位信号４１ａが変化して、再び、制御指令信号２５はバランスする方向に戻る。
【００１９】
（２）外乱により回転速度が変化した場合
水車ランナ１２の回転速度が変化（増加又は減少）すると、回転信号１６ａの変化（増加又は減少）に基づいて、ガバナ電気系装置２０Ａは、水車ランナ１２の回転速度の変化を抑制するように、ガイドベーン１１の開閉いずれかの方向とその開閉速度に対応する信号量を表わす制御指令信号２５を出力する。その効果として、油圧サーボモータ３４の変位信号４１ａが変化して、再び、制御指令信号２５はバランスする方向に戻る。
【００２０】
一方、ガバナ機械系装置２０Ｂは、ガバナ電気系装置２０Ａからの電気信号を機械的変位に変換する制御器３１、差動ピストン部３２、主配圧弁３３並びに油圧サーボモータ３４を有している。制御器３１は永久磁石３１ｃにより発生する磁場中に置かれた可動操作コイル３１ａ及びバネ３１ｂ等を有しており、ガバナ電気系装置２０Ａから送出された制御指令信号２５を、フレミング法則による電磁力とバネ３１ｂの力がバランスすることにより定まる機械的な変位に変換し、この機械的変位を差動ピストン部３２のパイロット弁３２ａに入力する。
【００２１】
差動ピストン部３２は、制御器３１にて変換された機械的な変位を増幅するためのものである。この差動ピストン部３２には、圧油装置（図示せず）から送られてくる圧油が供給されており、この圧油を用いてパイロット弁３２ａに入力された変位を増幅して、主配圧弁３３に入力する。
【００２２】
主配圧弁３３は、差動ピストン部３２にて定まる変位に従って、圧油装置から送られてくる圧油を油圧サーボモータ３４に供給、あるいは油圧サーボモータ３４から排出するための流量・速度の調節弁であり、差動ピストン部３２にて増幅された機械的な変位が直接入力されるパイロット弁３３ａと、油圧サーボモータ３４への圧油の供給あるいは油圧サーボモータ３４からの圧油の排出を制御する弁体３３ｂとを有している。
【００２３】
主配圧弁３３には、圧油装置からの圧油供給通路３５と、開側排油通路３６と、閉側排油通路３７が接続されている。また、同様に圧油の供給を受けるパイロット弁３３ａの変位に応じて、弁体３３ｂを変位させており、この変位に応じて、弁体３３ｂの状態が、下記（１）〜（３）のいずれかの状態に設定される。
【００２４】
（１）油圧サーボモータ３４の開側油室３４ａに圧油を供給し、かつ油圧サーボモータ３４の閉側油室３４ｂから圧油を排出する状態（→ガイドリング３８により、ガイドベーン１１を開作動）
（２）油圧サーボモータ３４の開側油室３４ａから圧油を排出し、かつ油圧サーボモータ３４の閉側油室３４ｂに圧油を供給する状態（→ガイドリング３８により、ガイドベーン１１を閉作動）
（３）上記（１）（２）のいずれにも該当しない、圧油の流れの停止した状態（→ガイドベーン１１は開度保持）
【００２５】
油圧サーボモータ３４には、油圧サーボモータ３４の変位を検出し、検出した油圧サーボモータ３４の変位を電気信号４１ａとして、ガバナ電気系装置２０Ａに出力する、変位検出部としての位置検出器４１が設けられている。
【００２６】
図１に示すシステム構成では、ガバナ電気系装置２０Ａ及びガバナ機械系装置２０Ｂとも一重化であり、大容量発電所または揚水発電所のように、周波数調整あるいは電力需給バランス調整機能を有し、系統構成上重要な発電所では、調速装置２０をはじめ、当該発電所を構成するシステム中の単一構成部位の故障により、運転続行不可・系統からの隔離の事態に陥る確率が高い。
【００２７】
このような事態に陥ることを防止するため、図３に示す如く、ガバナ電気系装置を常用系の電気系装置２０Ａと待機系の電気系装置２０Ｂのように二重化し、それぞれ制御指令信号２５又は２６を出力する出力側に切換回路２２を設置して、常用系の電気系装置２０Ａに故障が発生した場合には、切換回路２２を動作させて、常用系２０Ａの制御指令信号２５に代わり、待機系の電気系装置２１Ａの制御指令信号２６をガバナ機械系装置２０Ｂに送出するシステム構成を考えることができる。ただし、ガバナ電気系装置２０Ａ／２１Ａが二重化されたシステム構成を採用しても、ガバナ機械系装置２０Ｂは、当該部位に発生する運転続行不可となる不適合はガバナ電気系装置２０Ａ／２１Ａに比べて少ないとされており、経済的理由により、一重化構成が通常とされてきた。
【００２８】
さらに、ガバナ電気系装置を多重化構成とした場合、切換回路２２は共通部であって信頼性が要求され、この部位に不適合が発生すると一重化システムと同様に、直ちに運転続行不可能の事態に陥ることが考えられる。また、切換回路動作時は、短時間であるが制御指令信号２５及び２６の値の差により、過渡的に不連続変化するため、それが系統擾乱の原因になる可能性もある。
【００２９】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１による水車用調速装置は、上記の課題を解消するものである。図４はこの発明の実施の形態１による水車用調速装置を含む水力発電所の概念図を示したものである。
【００３０】
図において、水車用調速装置２００の電気系装置として、二重化したガバナ電気系装置２００Ａ及び２００Ｂを備える。そして、機械系装置２００Ｂ側において、電気信号を機械的変位に変換する制御器１３１に、上記二重化した電気系装置２００Ａ、２０１Ａからの制御指令電流２５、２６が導かれる２つの可動操作コイル１３１ａ１、１３１ａ２を備える。この２つの可動操作コイル１３１ａ１、１３１ａ２のコイル巻き方向は、同じ巻き方向とする。すなわち、制御器１３１として２巻線の可動操作コイル１３１ａ１、１３１ａ２を設置し、その可動操作コイルの各々に二重化システム構成のガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａの制御指令出力２５、２６を印加し、これら２巻線の可動操作コイル１３１ａ１、１３１ａ２に流れる制御指令信号２５の電流値と永久磁石３１ｃによるフレミングの法則に従う電磁力が、和動的になる様に構成する。なお、ここで、２つの可動操作コイル１３１ａ１、１３１ａ２のコイルの巻き数を同じに設定し、制御指令信号２５、２６として両可動操作コイルに流す電流の絶対値も等しくなるように設定することが好ましい。
【００３１】
次に、この発明の実施の形態１による水車用調速装置の動作について説明する。なお、この発明の前提技術と同様の動作については、その説明を省略する。
【００３２】
ガバナ電気系装置は２００Ａ及び２０１Ａと二重化されている。両電気系装置とも、前述のようにそれぞれ所定の演算を施すことにより、制御指令信号（開閉いずれかの方向及びその絶対値）２５、２６をガバナ機械系装置２００Ｂに、切換回路を経由せずに直接送出する。
【００３３】
ガバナ機械系装置２００Ｂは、電気信号を機械的変位に変換する制御器１３１、差動ピストン部３２、主配圧弁３３及び油圧サーボモータ３４を有している。制御器１３１は永久磁石１３１ｃにより発生する磁場中に置かれた２巻線からなる可動操作コイル１３１ａ１、１３１ａ２及びバネ１３１ｂ等を有しており、ガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａから送出された制御指令信号２５、２６を、フレミング法則による電磁力とバネ１３１ｂの力がバランスすることにより定まる機械的な変位に変換し、この変位を差動ピストン部３２のパイロット弁３２ａに入力する。
【００３４】
この制御器１３１において、２巻線の可動操作コイル１３１ａ１と１３１ａ２に導かれるガバナ電気系装置２００Ａ及び２０１Ａからの二系統の制御指令電流２５、２６と永久磁石１３１ｃにより発生する、フレミング法則による電磁力の向きは、和動方向になるように構成される。これによって、発明の前提技術で説明した制御と同様の機械的な制御が実施される。
【００３５】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、電気信号を機械的変位に変換する制御器３１の可動操作コイルを２巻線設置１３１ａ１及び１３１ａ２とし、その各々に二重化構成のガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａの各制御指令出力２５、２６を印加し、これら２巻線の可動操作コイル１３１ａ１、１３１ａ２に流れる制御指令出力電流と永久磁石１３１ｃによるフレミングの法則に従う電磁力が、和動的になるように構成した。その結果、片系のガバナ電気系装置２００Ａに異常が発生し、制御指令信号２５の送出が不可能となった場合でも、残りのもう一つの系のガバナ電気系装置２０１Ａが制御続行中であるので、当該ガバナ電気系装置２０１Ａの正常な機能により、片系のガバナ電気系装置２００Ａからの制御分を補って運転を続行することが可能となる。
【００３６】
この場合、片系のガバナ電気系装置２００Ａの単一故障によって、調速装置２００が運転続行不可能の事態には陥っておらず、また、切換回路が存在しないので、切換時、制御指令電流が一旦ゼロに復帰することによる弊害も防止される。
【００３７】
なお、片系のガバナ電気系装置２００Ａが異常で制御指令信号２５の送出が不能になった場合、残りのガバナ電気系装置２０１Ａの制御指令信号２６のみになり、制御器１３１の可動操作コイルによる機械的変位は例えば半減することになる。しかしながら、本実施の形態の水車用調速装置は速度型の制御方法を採用しており、安定時は制御指令信号２５又は２６は中立（ほぼゼロ）である。大きな外乱が加わった場合は制御指令信号の電流値も大きくなるが、通常の場合、例えば５０％の制御量で上述の外乱への対応が可能なように設計する。
【００３８】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による水車用調速装置を含む水力発電所の概念図を示したものである。
【００３９】
図において、水車用調速装置２００の電気系装置として、二重化したガバナ電気系装置２００Ａ及び２００Ｂを備える。そして、機械系装置２００Ｂ側において、電気信号を機械的変位に変換する制御器１３１に、上記二重化した電気系装置２００Ａ、２０１Ａからの制御指令電流２５、２６が導かれる２つの可動操作コイル１３１ａ１、１３１ａ２を備える。
【００４０】
また、二重化されたガバナ電気系制御装置２００Ａと２０１Ａの間には、制御指令出力分担確認のための情報伝送ライン４００が設けられている。
【００４１】
図６は、二重化されたガバナ電気系制御装置とその間に設けられた情報伝送ラインの例を示すブロック図である。図において、ガバナ電気系装置２００Ａと２００Ｂはマイクロプロセッサにより構成しており、それぞれ、中央演算処理部ＣＰＵに、デジタル入力部ＤＩ、パルス信号入力部ＰＩ、アナログ信号入力部ＡＩ、デジタル出力部ＤＯ、アナログ出力部ＡＯが接続されている。外部からの周波数又は出力の増減指令４はデジタル入力部ＤＩに入力され、周波数検出器１６により検出される水車ランナ１２の回転信号（パルス信号）１６ａはパルス信号入力部ＰＩに入力される。位置検出器４１により検出される油圧サーボモータ３４の変位信号４１ａは、変換器２２０で電気信号に変換されてアナログ入力部ＡＩに入力される。中央演算処理部ＣＰＵにより演算された結果は、アナログ出力部ＡＯ及び増幅器２３０を介して、制御指令信号２５、２６としてガバナ機械系装置２００Ｂに送出する。また、制御指令出力分担確認のための情報伝送ライン４００はそれぞれガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａのマイクロプロセッサ部に接続されている。
【００４２】
次に、この発明の実施の形態２による水車用調速装置の動作について説明する。ガバナ電気系装置は２００Ａ及び２０１Ａと二重化されており、通常は、両電気系装置とも、前述のようにそれぞれ所定の演算を施すことにより、制御指令信号（開閉いずれかの方向及びその絶対値）２５、２６をガバナ機械系装置２００Ｂに、切換回路を経由せずに直接送出している。
【００４３】
ガバナ機械系装置２００Ｂは、電気信号を機械的変位に変換する制御器１３１、差動ピストン部３２、主配圧弁３３及び油圧サーボモータ３４を有している。制御器１３１は永久磁石１３１ｃにより発生する磁場中に置かれた２巻線からなる可動操作コイル１３１ａ１、１３１ａ２及びバネ１３１ｂ等を有しており、ガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａから送出された制御指令信号２５、２６を、フレミング法則による電磁力とバネ１３１ｂの力がバランスすることにより定まる機械的な変位に変換し、この変位を差動ピストン部３２のパイロット弁３２ａに入力する。
【００４４】
この制御器１３１において、２巻線の可動操作コイル１３１ａ１と１３１ａ２に導かれるガバナ電気系装置２００Ａ及び２０１Ａからの二系統の制御指令電流２５、２６と永久磁石１３１ｃにより発生する、フレミング法則による電磁力の向きは、和動方向になるように構成される。これによって、発明の前提技術で説明した制御と同様の機械的な制御が実施される。
【００４５】
このような制御系において、片系のガバナ電気系装置２００Ａに異常が発生し、制御指令信号２５の送出が不可能となった場合に、残りのもう一つの系のガバナ電気系装置２０１Ａは、情報伝送ライン４００を通して片系のガバナ電気系装置２００Ａに異常が発生したことを確認する。正常なガバナ電気系装置２０１Ａは制御続行中であるので、制御指令信号２６をそのままガバナ機械系装置２００Ｂに送出し、運転を続行する。それと同時に、正常なガバナ電気系装置２０１Ａは、故障したガバナ電気系装置２００Ａから送出する制御信号を補うために自己の制御指令信号２６の出力の分担を徐々に上げて行く。
【００４６】
以上のように実施の形態２によれば、二重化構成のガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａの間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ライン４００を設置し、両者の制御指令分担を可変とするようにしたので、片系のガバナ電気系装置の単一故障によって、運転続行不可能の事態に陥ることがない。また、切換回路が存在しないので、切換の際の電気制御指令電流が一旦ゼロに復帰することによる弊害も防止される。
【００４７】
また、実施の形態１では、二重化されたガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａが各々フィードバック制御を行うことにより、調速装置としての機能を実現してきたものであるが、実施の形態２では、これに加えて、二重化されたガバナ電気系装置２００Ａと２０１Ａの間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ライン４００を設けることにより、運転員・保守員等による自動設定または外部制御装置（図示せず）からの指令により、両者の間に負荷分担調整機能を付加したことが特徴である。この結果、出力分担を適正に設定・調整することにより、二重化されたガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａのうちのいずれかの分担比率を下げて、運転中に切換操作を不要としながら、いずれかの電気系装置を停止させて保守作業に移行することが可能となり、保守性・操作性の向上に寄与可能となる。
【００４８】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による水車用調速装置を含む水力発電所の概念図を示したものである。
【００４９】
図において、水車用調速装置２００の電気系装置として、二重化したガバナ電気系装置２００Ａ及び２００Ｂを備える。
【００５０】
一方、機械系装置２００Ｂ側において、上記二重化した電気系装置２００Ａ、２０１Ａからの制御指令信号２５、２６がそれぞれ送出される電気信号を機械的変位に変換する制御器３１−１、３１−２及び差動ピストン部３２−１、３２−２を備えている。制御器３１−１は、永久磁石３１ｃ−１により発生する磁場中に置かれた可動操作コイル３１ａ−１及びバネ３１ｂ−１等を有しており、ガバナ電気系装置２００Ａから送出された制御指令信号２５を、フレミング法則による電磁力とバネ３１ｂ−１の力がバランスすることにより定まる機械的な変位に変換し、この機械的変位を差動ピストン部３２−１のパイロット弁３２ａ−１に入力する。また、制御器３１−２は、永久磁石３１ｃ−２により発生する磁場中に置かれた可動操作コイル３１ａ−２及びバネ３１ｂ−２等を有しており、ガバナ電気系装置２０１Ａから送出された制御指令信号２６を、フレミング法則による電磁力とバネ３１ｂ−２の力がバランスすることにより定まる機械的な変位に変換し、この機械的変位を差動ピストン部３２−２のパイロット弁３２ａ−２に入力する。
【００５１】
次に、この発明の実施の形態３による水車用調速装置の動作について説明する。ガバナ電気系装置は２００Ａ及び２０１Ａと二重化されており、通常は、両電気系装置とも、前述のようにそれぞれ所定の演算を施すことにより、制御指令信号（開閉いずれかの方向及びその絶対値）２５、２６をガバナ機械系装置２００Ｂに、切換回路を経由せずに直接送出している。
【００５２】
ガバナ機械系装置２００Ｂは、二重化された制御器３１−１及び３１−２、二重化された差動ピストン部３２−１及び３２−２、主配圧弁３３、並びに油圧サーボモータ３４を有している。二重化された制御器と差動ピストン部のうち、制御器３１−１と差動ピストン部３２−１が第一系として一体化され、制御器３１−２と差動ピストン部３２−２が第二系として一体化されており、主配圧弁３３の両側にこれら第一系と第二系の制御器と差動ピストンのセットが配置されている。また、これに合せて、主配圧弁３３のパイロット弁も二重化され、第一系にパイロット弁３３ａ−１、第二系にパイロット弁３３ａ−２が設置されている。なお、第一系の制御器３１−１及び差動ピストン部３２−１、第二系の制御器３１−２及び差動ピストン部３２−２のうち、片系のみに着目した動作は発明の前提技術の動作と同様であるので説明を省略する。
【００５３】
第一系の制御器３１−１及び差動ピストン部３２−１と連動するパイロット弁３２ａ−１と、第二系の制御器３１−２及び差動ピストン部３２−２と連動するパイロット弁３２ａ−２のストロークの方向は、それぞれ主配圧弁３３のパイロット弁３３ａ−１、３３ａ−２及び弁体３３ｂの変位が和動方向になるように設定される。これによって前提技術の項で述べた内容と同様の機械的な制御が実施される。
【００５４】
以上のように実施の形態３によれば、ガバナ電気系装置、上記制御器、並びに上記差動ピストン部をそれぞれ二重化し、各制御器３１−１、３１−２の可動操作コイル３１ａ−１、３１ａ−２に、ガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａの制御指令出力２５、２６を印加し、二重化された制御器３１−１、３１−２と差動ピストン３２−１、３２−２により決定される機械的変位が、主配圧弁３３中のパイロット弁３３ａと弁体３３ｂの変位に対して、和動的に作用するように構成したので、片系のガバナ電気系装置２００Ａに異常が発生し、制御指令電流２５の送出が不可能となった場合でも、残りのもう一つの系のガバナ電気系装置２０１Ａが制御続行中であるので、片系ガバナ電気系装置２００Ａからの制御分を補って運転を続行することが可能となる。
【００５５】
この場合、片系のガバナ電気系装置２００Ａの単一故障によって、運転続行不可能の事態には陥っておらず、また、切換回路が存在しないので、切換時、電気制御指令電流が一旦ゼロに復帰することによる弊害も防止される。
【００５６】
また、制御器と差動ピストン部も二重化しているので、一方の制御器の内部部品（例えばバネ）に不良が発生しても、あるいは一方の差動ピストン部の内部のパイロット弁に不良が発生しても、調整装置の全体動作に影響を及ぼすことがない効果がある。
【００５７】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４による水車用調速装置を含む水力発電所の概念図を示したものである。
【００５８】
図において、本実施の形態による水車用調速装置は、水車用調速装置２００の電気系装置として、二重化したガバナ電気系装置２００Ａ及び２００Ｂを備える。一方、機械系装置２００Ｂ側においても、上記二重化した電気系装置２００Ａ、２０１Ａからの制御指令信号２５、２６がそれぞれ送出される、二重化した制御器３１−１、３１−２及び差動ピストン部３２−１、３２−２を備えている。なお、これらの構成は実施の形態３（図７）と同様である。
【００５９】
また、本実施の形態では、二重化されたガバナ電気系制御装置２００Ａと２０１Ａの間に、制御指令出力分担確認のための情報伝送ライン４００を設置している。
【００６０】
次に、この発明の実施の形態４による水車用調速装置の動作について説明する。ガバナ電気系装置は２００Ａ及び２０１Ａと二重化されており、通常は、両電気系装置とも、前述のようにそれぞれ所定の演算を施すことにより、制御指令信号（開閉いずれかの方向及びその絶対値）２５、２６をガバナ機械系装置２００Ｂに、切換回路を経由せずに直接送出している。
【００６１】
ガバナ機械系装置２００Ｂは、二重化された制御器３１−１及び３１−２、二重化された差動ピストン部３２−１及び３２−２、主配圧弁３３、並びに油圧サーボモータ３４を有している。二重化された制御器と差動ピストン部のうち、制御器３１−１と差動ピストン部３２−１が第一系として一体化され、制御器３１−２と差動ピストン部３２−２が第二系として一体化されており、主配圧弁３３の両側にこれら第一系と第二系の制御器と差動ピストンのセットが配置されている。また、これに合せて、主配圧弁３３のパイロット弁も二重化され、第一系にパイロット弁３３ａ−１、第二系にパイロット弁３３ａ−２が設置されている。第一系の制御器３１−１及び差動ピストン部３２−１、第二系の制御器３１−２及び差動ピストン部３２−２のうち、片系のみに着目した動作は発明の前提技術の動作と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
第一系の制御器３１−１及び差動ピストン部３２−１と連動するパイロット弁３２ａ−１と、第二系の制御器３１−２及び差動ピストン部３２−２と連動するパイロット弁３２ａ−２のストロークの方向は、それぞれ主配圧弁３３のパイロット弁３３ａ−１、３３ａ−２及び弁体３３ｂの変位が和動方向になるように設定される。これによって前提技術の項で述べた内容と同様の機械的な制御が実施される。
【００６３】
このような制御系において、片系のガバナ電気系装置２００Ａに異常が発生し、制御指令信号２５の送出が不可能となった場合に、残りのもう一つの系のガバナ電気系装置２０１Ａは、情報伝送ライン４００を通して片系のガバナ電気系装置２００Ａに異常が発生したことを確認する。正常なガバナ電気系装置２０１Ａは制御続行中であり、制御指令信号２６をそのままガバナ機械系装置２００Ｂに送出し、運転を続行する。それと同時に、正常なガバナ電気系装置２０１Ａは、故障したガバナ電気系装置２００Ａから送出する制御信号を補うために自己の制御指令信号２６の出力の分担を徐々に上げて行く。
【００６４】
以上のように実施の形態４によれば、二重化構成のガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａの間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ライン４００を設置し、両者の制御指令分担を可変とするようにしたので、片系のガバナ電気系装置の単一故障によって、運転続行不可能の事態に陥ることがない。また、切換回路が存在しないので、切換の際の電気制御指令電流が一旦ゼロに復帰することによる弊害も防止される。
【００６５】
実施の形態３では、二重化されたガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａが各々フィードバック制御を行うことにより、調速装置としての機能を実現してきたものであるが、実施の形態４では、これに加えて、二重化されたガバナ電気系装置２００Ａと２０１Ａの間に制御指令出力分担確認のための情報伝送ライン４００を設けることにより、運転員・保守員等による自動設定または外部制御装置（図示せず）からの指令により、両者の間に負荷分担調整機能を付加したことが特徴である。この結果、出力分担を適正に設定・調整することにより、二重化されたガバナ電気系装置２００Ａ、２０１Ａのうちのいずれかの分担比率を下げて、運転中に切換操作を不要としながら、いずれかの電気系装置を停止させて保守作業に移行することが可能となって、保守性・操作性の向上に寄与可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の前提技術となる水車用調速装置を含む水力発電所を示す概念図である。
【図２】図１のガバナ電気系装置をマイクロプロセッサ等により構成した例を示すブロック図である。
【図３】この発明の前提技術となる水車用調速装置を含む水力発電所を示す概念図である。
【図４】この発明の実施の形態１による水車用調速装置を含む水力発電所を示す概念図である。
【図５】この発明の実施の形態２による水車用調速装置を含む水力発電所を示す概念図である。
【図６】この発明の実施の形態２による二重化されたガバナ電気系制御装置と情報伝送ラインの例を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態３による水車用調速装置を含む水力発電所を示す概念図である。
【図８】この発明の実施の形態４による水車用調速装置を含む水力発電所を示す概念図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  水力発電所
４  周波数又は出力の増減指令
５  水車
６  発電機
１１  ガイドベーン
１２  水車ランナ
１６  回転速度検出器
２００  調速装置
２００Ａ，２０１Ａ  ガバナ電気系装置
２５，２６  電気信号（制御指令電流）
１３１，３１−１，３１−２  制御器
１３１ａ−１，１３１ａ−２，３１ａ−１，３１ａ−２  可動操作コイル
１３１ｂ，３１ｂ−１，３１ｂ−２  バネ
１３１ｃ、３１ｃ−１，３１ｃ−２  永久磁石
３２，３２−１，３２−２  差動ピストン部
３２ａ，３２ａ−１，３２ａ−２  差動ピストン部のパイロット弁
３３  主配圧弁
３３ａ，３３ａ−１，３３ａ−２  主配圧弁のパイロット弁
３３ｂ  主配圧弁弁体
３４  油圧サーボモータ
３４ａ  開側油室
３４ｂ  閉側油室
３８  ガイドリング
４１  位置検出器
４００  情報伝送ライン。
【図１】
2005061346.tif 000003
【図２】
2005061346.tif 000004
【図３】
2005061346.tif 000005
【図４】
2005061346.tif 000006
【図５】
2005061346.tif 000007
【図６】
2005061346.tif 000008
【図７】
2005061346.tif 000009
【図８】
2005061346.tif 000010